10 Oct 17

Suelo Cemento – Parte 2: Materiales, propiedades y control de calidad

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El presente artículo da alcance a la parte I del tema de suelo cemento, esta vez con el tema de materiales, propiedades y con las consideraciones a tener en cuenta para garantizar obtener las ventajas del sistema.

MATERIALES

Suelo

En general el suelo a ser estabilizado con cemento Portland, puede resultar de la combinación de gravas, arenas, limos y arcillas. Básicamente cualquier suelo puede estabilizarse con cemento a excepción de los suelos orgánicos y con altos contenidos de sales que puedan afectar el desempeño del cemento.

Otras consideraciones que deben tomarse en cuenta para la selección del suelo a utilizar en mezclas de suelo cemento, son el aspecto constructivo y de cumplimiento de los requerimientos estructurales, sumados la disponibilidad ya que algunos presentan mayor facilidad de mezclado y compactación que otros.

suelo cemento

Crédito: Comparación con y sin suelo cemento. Proyecto Rionegro Argos

Cemento

Los requerimientos del cemento varían en función de las propiedades deseadas en la mezcla y del tipo de suelo a utilizar. El contenido del cemento a emplear depende si el suelo va a ser modificado o estabilizado.

En El Salvador se han utilizado cementos bajos la norma ASTM C150, ASTM C595 y ASTM C1157 para elaborar mezclas de suelo cemento. En los últimos 12 años se han realizado diversas investigaciones en laboratorio y campo, así como ejecución de proyectos utilizando cemento ASTM C91 tipo M, para elaborar mezclas de suelo cemento con casi todos los tipos de suelo, incluyendo suelos muy finos y de alta plasticidad, los resultados han sido sorprendentes en lo referente al control de la contracción y generación de fisuras, así como en el incremento de las propiedades mecánicas del material.

En principio, cualquier cemento puede utilizarse en la estabilización de suelos siempre y cuando se analice previamente en un diseño de mezcla.

Agua

La mayoría de especificaciones y literatura técnica relacionada con los requisitos que debe tener el agua a utilizarse en mezclas de suelo cemento, se limitan a indicar que esta debe ser potable o relativamente limpia, libre de álcalis, ácidos o materia orgánica. En algunas especificaciones, como en caso de Colombia y España, sugieren que el agua para elaborar mezclas de suelo cemento, deberá tener un PH entre 5.5 y 8.0 y el contenido de sulfatos no podrá ser superior a 1 gramo por litro.
Adicional a los requisitos de calidad del agua, están los requisitos de cantidad del agua, ya que deberá lograr la máxima densidad en las mezclas e hidratar adecuadamente el cemento. Por lo general el contenido de humedad deberá estar entre 10 a 13% en peso seco de la mezclas.

PROPIEDADES

Densidad

La densidad del suelo cemento es usualmente medida en términos del peso volumétrico seco máximo, el cual es utilizado como uno de los parámetros de control de campo. La relación humedad optima – densidad máxima, puede variar para un mismo tipo de suelo y contenido de cemento si se cambia la energía de compactación, esto significa que un incremento en el peso volumétrico seco máximo provocado por una mayor energía de compactación, que no llegue a fracturar las partículas de suelo, incrementará notablemente la resistencia a compresión del suelo cemento y mejorará el resto de propiedades estructurales.

Tradicionalmente, los diseños de mezclas de suelo cemento se han realizado en función de la energía de compactación según ASTM D558 o AASHTO T134. Sin embargo, en los últimos años se utiliza AASHTO T180 que son especificaciones de una mayor energía de compactación.

Resistencia a la compresión simple

La resistencia a compresión simple en mezclas de suelo cemento es un indicador del grado de reacción del suelo – cementoagua y la reacción del endurecimiento respecto al tiempo. Los valores obtenidos dependen de muchos factores, entre ellos están:

  • El contenido y tipo de cemento.
  • La energía de compactación aplicada.
  • La eficiencia lograda en el mezclado.
  • El tipo y cantidad de materia orgánica, sales y minerales deletéreos existentes en el suelo.
  • Cantidad y calidad de agua.
  • El tiempo transcurrido después de realizado el mezclado y compactación.
  • La duración y forma de hacer el curado.
  • Las medidas consideradas para disminuir el agrietamiento.
  • Las características y efectividad de los aditivos o adiciones utilizadas.
  • Tamaño y forma del espécimen de ensayo.

Es importante mencionar, que la resistencia a compresión simple aumenta con el tiempo. Todos los experimentos y mediciones realizadas demuestran que existe un apreciable aumento de resistencia con el tiempo. La resistencia a compresión simple, aumenta considerablemente en los primeros 90 días, de una a 3 veces más que a los 7 días, según el tipo de suelo, tipo y contenido de cemento. Edades posteriores a 28 días han demostrado un crecimiento mucho más lento.

Resistencia a flexión

El comportamiento del suelo cemento respecto a su resistencia a la flexión, se ha conocido directa e indirectamente a través de diversos ensayos, como por ejemplo elaboración y ensayo de vigas según ASTM D 1635 y ensayos a tensión directa. En general se diferencian dos grupos o conjuntos de valores: los correspondientes a los suelos finos, y los obtenidos a través de mezclas con suelos granulares. Se ha observado que la resistencia a la flexión varía directamente con la resistencia a la compresión simple y con el peso volumétrico seco máximo de la mezcla, ACI 230. 1R sugiere la siguiente ecuación como una “buena aproximación” entre la resistencia a compresión y la resistencia a flexión:

R= 0.51 (F´c) 0.88
Donde: R= resistencia de flexión en psi
F´c= resistencia de compresión simple en PSI

Contracción

La contracción de la mezclas de suelo cemento es el resultado de la pérdida de agua por secado y de las reacciones ocurridas durante la hidratación del cemento. Los factores que influyen en el nivel de severidad y grado de agrietamiento son numerosos y complejos, entre ellos están: el tipo y cantidad de cemento utilizado, el contenido de agua aplicado en el campo, las propiedades de los agregados, los procedimientos de curados realizados, condiciones de clima, tiempo de colocación y grado de restricción en la interfase, capa subyacente – base de suelo cemento.

Las causas y soluciones al agrietamiento por contracción en mezclas de suelo cemento, han sido estudiadas por más de 50 años, las referencias que han ayudado mucho a comprender este fenómeno, son los estudios desarrollados por George K.P en 1972, Willams R.I.T en 1986, y estudios más recientes desarrollados en Australia por Caltabiano, M.A and Rawlings R.E quienes proponen un límite en la contracción lineal, un máximo de partículas que pasan la malla Nº 200 y el uso de cementos mezclados.

En la actualidad países como Francia, España y EUA han desarrollado y puesto en práctica sistemas para minimizar el agrietamiento por contracción. Dichos sistemas se fundamentan en la implementación de técnicas constructivas innovadoras, como la prefisuración y creación de juntas en fresco y procedimientos de compactación posterior y microagrietamiento.

Módulo de elasticidad

En el diseño estructural de pavimentos es muy importante que cada una de las capas que forman la estructura tengan la capacidad de distribuir las cargas impuestas por el tráfico vehicular generando la menor deformación posible, lo cual se logra teniendo altos módulos de elasticidad en una o dos capas de la estructura del pavimento. El tratamiento de suelos con cemento eleva considerablemente los módulos de elasticidad, generando una rigidez tal, que puede ser aprovechada en beneficio de una conveniente distribución de carga y buen desempeño de la estructura del pavimento durante la vida del diseño.

Los parámetros de módulos de elasticidad estáticos, dinámicos y relaciones de Poisson son muy variables y dependen principalmente del tipo de suelo y contenido de cemento en la mezcla. En general estos valores de módulos, son bajos comparados con valores de concreto y muy altos, si son comparados con el suelo natural compactado. Valores típicos a 28 días de módulo de elasticidad estáticos en mezclas de suelo cemento elaboradas con suelos granulares varían de 40,000 kg/cm2 a 71,000 kg/cm2.

Diversos proyectos de investigación se han realizado en El Salvador referentes a la determinación de módulos de elasticidad estáticos y dinámicos en mezclas de suelo cemento. En general, las mezclas elaboradas con el 4 al 5% de cemento en peso en suelos granulares no plásticos, presentan valores de módulos estáticos entre 38,000 y 60,000 kg/cm2 a 28 días. En el caso de suelos finos y plásticos han presentado valores límite de 34,00 kg/cm2.

suelo cemento

Crédito: Detalle suelo cemento. Proyecto Rionegro Argos

CONTROL DE CALIDAD

De forma general los procedimientos de inspección y control de calidad de campo que se exigen en la mayoría de documentos y especificaciones que deben ser parte del control de las actividades y el desempeño de los materiales para garantizar las ventajas del sistema suelo cemento son:

  • Pulverización
  • Contenido de cemento
  • Contenido de humedad
  • Uniformidad en el mezclado
  • Compactación
  • Espesor y tolerancias de superficie
  • Curado
suelo cemento

Crédito: ensayos in situ. Proyecto Rionegro Argos

Conclusión

Las consideraciones que deben tenerse en cuenta para utilizar la alternativa de suelo cemento como pavimento deben partir del análisis del tipo de suelo a intervenir y por otro lado, en materia de cemento, contar con el análisis previo del material en un diseño de mezcla. Así, lo anterior, sumado a un sistema de control de calidad eficiente, puede garantizar obtener todas las ventajas que ofrece este sistema.

 

Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.


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2 Responses to Suelo Cemento – Parte 2: Materiales, propiedades y control de calidad

    buen dia, yo tbn estoy interesado en el suelo con cemento, porque no encuentro teorias referente al valor de cbr de suelo cemento

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    Victor Muñoz says:

    Buen día, para diseño de pavimentos en suelo cemento que importancia tiene la relación de soporte del suelo (CBR)?, ya que en las investigaciones y literatura relacionada no se menciona nada al respecto.

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